吸聲材料的吸聲機(jī)理及工程中的應(yīng)用

項(xiàng)琨

（山東保利協(xié)鑫環(huán)亞國際能源有限公司 山東省煙臺市264000）

0 引言

噪聲污染會對人的身心健康造成傷害，如聽力疲勞、聽力喪失，干擾人們的生活，影響工作效率等[1]。噪聲還可能加速裝備器材的老化，降低使用壽命，影響加工精度[2]。噪聲由生源產(chǎn)生，通過介質(zhì)傳播后到達(dá)受聲點(diǎn)，這就決定了噪聲的減弱，主要有以下三種途徑：聲源處消聲、傳播中吸聲、接收處隔聲。

聲源處消聲通過設(shè)備改造，加裝減震設(shè)施，來改善設(shè)備性能，這種方式能夠從源頭上去除噪聲，但是這種方式對設(shè)備要求高，在實(shí)際中并不能被廣泛應(yīng)用。傳播中吸聲是在聲音傳播路徑上設(shè)置具有吸聲性能的障礙物，對聲能進(jìn)行發(fā)反射和吸收，減弱噪聲的影響。在建筑工程中的吸聲材料主要用于有降噪要求的建筑物或構(gòu)筑物，如電影院、歌劇院、體育館、酒店、學(xué)生餐廳、電視臺、冷卻塔、隔音棚等。

1 常用吸聲材料吸聲機(jī)理

吸聲材料按照吸聲機(jī)理的不同通常分為共振吸聲材料、纖維吸聲材料和泡沫吸聲材料。按照外觀分為噴涂類、卷材類、板材類、獨(dú)立幾何類，其中噴涂類包括植物纖維素噴涂、動物纖維素噴涂等，卷材類包括各種墻面造型軟包、吸音布簾、帷幕等，板材類包括平面穿孔吸音石膏板材、立方體形狀板材等，立體幾何類主要指懸掛于聲場中的吸音構(gòu)件[5]。吸聲材料還包括吸聲劈尖、空間吸聲體、顆粒狀吸聲材料等。

當(dāng)前主要通過吸聲系數(shù)來評價材料對聲音吸收能力的強(qiáng)弱。聲波傳遞到阻隔材料表面時，一部分能量被吸收，能量更換介質(zhì)繼續(xù)傳遞，或轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，通過熱傳遞耗散掉，還有一部分能量被反射。被吸收的能量與入射聲能量的比值就是吸聲系數(shù)，吸聲系數(shù)越大，材料吸聲能力越強(qiáng)，效果越好。

降噪系數(shù)是材料吸聲性能的單值評價量[3]。以250Hz為基數(shù)，2為公比計算四次吸聲系數(shù)的其平均值，結(jié)果取0.05的模數(shù)，結(jié)果即為降噪系數(shù)。降噪系數(shù)能夠綜合評定材料在不同頻率下對聲音能量衰減的能力，一般認(rèn)為降噪系數(shù)小于0.2的是反射材料，高于0.4的被認(rèn)為是吸聲材料。

共振吸聲材料表面形成微空隙，與空隙背面空腔形成吸聲結(jié)構(gòu)，即亥姆霍茲結(jié)構(gòu)。進(jìn)入空腔的聲波被多次反射，聲能也不斷被結(jié)構(gòu)吸收，還會引起空氣腔內(nèi)氣壓變化，腔內(nèi)空氣振動，與結(jié)構(gòu)振動頻率形成共振，造成聲能衰減的效果。因此實(shí)際工程中，要求吸聲結(jié)構(gòu)寬頻吸聲要求，常常在空腔內(nèi)與其它吸聲材料混合使用，來適應(yīng)不同的工程環(huán)境。

纖維吸聲材料是工程中最常見的吸聲材料，包括玻璃棉、巖棉、聚酯纖維、金屬纖維等。聲能通過纖維分子形成的空隙，不斷反射與結(jié)構(gòu)摩擦，實(shí)現(xiàn)聲能衰減。無機(jī)纖維材料具有良好的絕熱性能、耐酸堿、抗老化、阻燃能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)纖維對高頻聲具有很高的吸聲效果，但防火防潮能力較差。金屬纖維對低頻聲音吸收效果較好，同時對惡劣環(huán)境如高溫、油污水汽等環(huán)境具有良好的適應(yīng)性，但往往成本較高。

泡沫吸聲材料以吸收中高頻聲能為主，部分聲能進(jìn)入材料內(nèi)部空隙，使聲能轉(zhuǎn)化成熱能，被衰減損耗。泡沫玻璃是一種極具裝飾潛力的無機(jī)材料，具有質(zhì)輕、不燃、強(qiáng)度高、剛度大等優(yōu)點(diǎn)，但其吸聲系數(shù)較低，不耐磨、成本高等缺點(diǎn)限制了其推廣前景。泡沫金屬兼具金屬材料和泡沫材料的吸聲特性，但是其加工成本較高，并未得到廣泛應(yīng)用。

2 吸聲材料在建筑工程中的應(yīng)用

建筑物的內(nèi)飾裝修材料內(nèi)表面要避免反射聲能集中，就必須要進(jìn)行聲學(xué)裝修處理。吸聲材料著眼于減小聲源一側(cè)的反射能，減少了室內(nèi)的回響聲，使聲音更加明亮、清脆。因此，合理選擇符合混響時間要求的吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行科學(xué)的安裝需要一套成熟的設(shè)計、施工方案。

2.1 室內(nèi)吸聲結(jié)構(gòu)的施工方法

通過找平工藝，對墻面和屋頂進(jìn)行找平，保證安裝龍骨的平順。布設(shè)龍骨安裝點(diǎn)，并使用自攻螺絲對龍骨懸掛和支撐進(jìn)行安裝，龍骨節(jié)點(diǎn)處設(shè)置卡固件，設(shè)計無要求時，龍骨間距一般為50～60cm。龍骨安裝好后，安裝多孔吸聲板，如果采用T形龍骨組成輕鋼骨架時，應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行龍骨安裝的時同步安裝吸聲板。固定隔聲板時，自攻螺絲位置應(yīng)當(dāng)距離吸聲板邊緣2～3cm。任意兩塊隔聲板之間應(yīng)該拼實(shí)、擠嚴(yán)，墻面平整度誤差控制在±5㎜以內(nèi)。對于邊角等出存在不可避免的縫隙時，應(yīng)用發(fā)泡膠填充密實(shí)，不能存在穿透性縫隙，影響隔聲效果。

安裝完成后，為使室內(nèi)更加美觀實(shí)用，所有的空調(diào)機(jī)房墻面應(yīng)該也應(yīng)該做隔聲處理，墻面及其腔內(nèi)填充的吸聲材料均應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求，空調(diào)順風(fēng)管道也要做好降噪和減震的措施。門窗均安裝隔聲門窗，保證收口處緊密、平整。

2.2 多孔非金屬內(nèi)飾單元板的生產(chǎn)工藝

非金屬單元板當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于建筑工程、道路橋梁工程、鐵路工程等領(lǐng)域，其利用水泥基復(fù)合材料和多孔吸聲材料構(gòu)成吸聲隔聲構(gòu)件，具有阻燃、耐腐蝕、耐受性好、拆裝更換方便等出多方面等優(yōu)點(diǎn)。非金屬單元板以工字型鋼作為支撐構(gòu)件，拼裝插板，施工速度快，規(guī)格統(tǒng)一，可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。但是其在制作工藝，制作標(biāo)準(zhǔn)方面尚無統(tǒng)一規(guī)定，因此當(dāng)前并無標(biāo)準(zhǔn)制作工藝可以參考。

生產(chǎn)空腔填充吸聲材料的多孔非金屬單元板的工程前期要進(jìn)行原材料性能試驗(yàn)，配合比選定試驗(yàn)等，尤其是隔音吸聲材料，當(dāng)前市場種類繁多，每種特性也不盡相同，因此根據(jù)環(huán)境有針對性的生產(chǎn)就需要了解每種材料的特性及使用環(huán)境。生產(chǎn)后還要對產(chǎn)品的力學(xué)性能，隔音性能進(jìn)行檢測。

生產(chǎn)過程中進(jìn)行模具整理、澆筑、養(yǎng)護(hù)，其中多孔吸聲材料由無紡布包裹。為保證結(jié)構(gòu)容重及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，澆筑材料多使用活性粉末材料與水泥基復(fù)合，如微硅粉、超細(xì)粉煤灰、纖維等。無紡布為不透水、抗老化無紡布，避免蒸汽養(yǎng)護(hù)以及潮濕等環(huán)境作用，加速吸音材料老化，影響吸聲效果。吸音材料易發(fā)生形變，鋪放后安裝的支撐結(jié)構(gòu)物起背板底模和保證空腔作用，避免在施工過程中，吸音材料直接承受上方澆筑材料帶來的壓力，而導(dǎo)致背板在凝結(jié)硬化過程中內(nèi)部產(chǎn)生自應(yīng)力和微裂紋，影響結(jié)構(gòu)使用壽命。

3 結(jié)語

不同的吸聲材料具有不同的性質(zhì)和應(yīng)用條件，纖維材料的性能較好，但相比于泡沫材料或者金屬纖維，其吸聲性能也并不理想。金屬吸聲單元與非金屬吸聲單元相比，耐久性差、易腐蝕，但結(jié)構(gòu)自重小，所以必須充分考慮工程環(huán)境進(jìn)行選擇。但無論其結(jié)構(gòu)形式和材料種類如何變化，就其吸聲機(jī)理而言，都是將聲能轉(zhuǎn)化成振動或者通過摩擦轉(zhuǎn)化為熱能實(shí)現(xiàn)吸聲作用?？傊?，具有全頻吸聲、有效減少混響時間、聲學(xué)設(shè)計合理、環(huán)境適應(yīng)性好的高性能吸聲產(chǎn)品是未來的發(fā)展趨勢。